在機測（cè）量的應用過程

複合式測量數據是通過無線傳感（gǎn）器（qì）傳遞給控製（zhì）計算機的。測量數據分為激光點雲掃描數據和探針點雲探測數據兩種，其中探針點雲探測數據由接觸式測量方式獲得，該測量方式的特點是測量精（jīng）度較高，但（dàn）是測量速度慢，因此點雲數據稀疏；激光點雲掃描數據（jù）采用非接觸的激光器和攝像機實現，具有測量（liàng）速度快的優勢，測量信息較為稠密，但是測量數據精度相對較低。兩（liǎng）種（zhǒng）測量數據分別在不同時段獲得，數據（jù）由測量係（xì）統（tǒng）無（wú）線（xiàn）發送器發出（chū）後，由控製計算機的無線接收端實時接收和自動存儲。在機（jī）測（cè）量係統（tǒng）依據測量型麵的特征對測（cè）量點的數（shù）量、分布及測量進度進行動態規劃，並基於OpenGL三維引擎技術實現加工型麵的三維繪製（zhì），從而為用戶提供直觀的測量交互界麵。為實現數控機床加工工件在線測量任（rèn）務，在機檢測係（xì）統的基本操作步（bù）驟分為（wéi）如下6個步驟：

（1）用戶通過控（kòng）製計算機讀（dú）取（qǔ）待測工件的CAD標準數據；

（2）機床檢測狀態初始化；

（3）控製計算機向機床發送檢測控製（zhì）命令，完成整個工件測量（liàng）任務；

（4）讀取和顯示測量結果；

（5）數據後處理，根據不同工件特點實現曲麵重（chóng）建和模型驗證；

（6）生成數控加工修正（zhèng）G代碼。

此（cǐ）外，用戶也可以根據測量需要，通過交互幹預（yù）修（xiū）改測（cè）點位（wèi）置、數量以及測量路徑，從而獲得特（tè）定的測量方案和結果。控製計算機讀取（qǔ）的CAD標準數據主要是（shì）待測工件的三維模型信息，也就是工件加工所依據的設計尺寸。同時，標準數據還包括（kuò）工件（jiàn）關鍵截（jié）麵尺寸和各部分加工精度要求，便於測量方式、測量路徑規劃方法的選擇和後續測量結果的（de）評價。

3.2 在機（jī）測量係統功能模塊組成

工件在機檢測係統（tǒng）采用（yòng）獨立模塊化的開（kāi）發（fā）方式，更有利於滿足用戶的選擇性（xìng）需求。被測工件通常具（jù）有較多的圓孔、凹槽、凸台或（huò）自（zì）由曲麵等不規（guī）則特征（zhēng），其（qí）檢測（cè）過程結合多種測量方法（fǎ）和多次（cì）重複分區域測量是十分必要的。在係統結構中，控製計算機（jī）與數控（kòng）加工設（shè）備的銜（xián）接是靠串口通訊實現的，並且（qiě）通（tōng）過無線收發器實時讀取檢測數據信息。從數據接口、坐標係映（yìng）射、工藝流程指導3個環節建立完整的（de）接口，保證檢測環節與加工環節的協調工作。數控加工在機檢測係統所涉及功能模塊。

係統功能模（mó）塊主要分為4個組成部分，其中（zhōng）接觸式測量、非接觸式測量及信息融合3個（gè）基本（běn）模塊構成了工件測量信息獲取（qǔ）及（jí）與處（chù）理部分；係（xì）統（tǒng）標定、機械結構應力分析、測量包（bāo）絡域分（fèn）析和誤差補償構成測量（liàng）係（xì）統自校正部分（fèn）；數控（kòng）加工控製、路徑規劃及（jí）各接口模塊構成（chéng）測量係統的運（yùn）動與信息傳輸部分（fèn）；數據處理、表麵品質評估與（yǔ）加工路（lù）徑（jìng）修正等模塊構成測量係（xì）統的測量結果生成與顯示部分。上述測量係統的4個組成（chéng）部分相互耦（ǒu）合連接，信（xìn）息（xī）共享，成為實現數控加工在機檢測的基本構成部分。

數控加工在機檢測係統模塊化設計不僅增加了用戶選擇產（chǎn）品的靈活性，滿足不同精度和要求產品質量的評估需（xū）求，同時也為在機檢測係（xì）統的升級和改進提供了方便（biàn）。

從軟件實現角度，將測量係統的功能模塊序列化和結構化（huà）是十分（fèn）必要的，它不僅能夠更好地體現測量軟件（jiàn）設計思路，而且使得各具（jù）體功能模塊的實現過程更加清晰。將軟（ruǎn）件功能層次化，能夠根據操作流程理清軟（ruǎn）件（jiàn）代碼（mǎ）編寫思路，提高軟（ruǎn）件編寫質量和速度（dù）。將工件在機檢測係統的軟件功能劃分（fèn）為4個層次，其操作流程。

在（zài）機測量係統（tǒng）軟件共分為通訊層（céng）、算法層、處理層和（hé）接（jiē）口（kǒu）層4個層次。其中算法層設計為測量（liàng）軟件功能實現的重點，包括了曲麵重構、誤差補償、數據融合以及測頭姿態與檢測路徑規劃等重要核心算（suàn）法的實現；處理層和接（jiē）口層為測量信息提供（gòng）數據維護和顯示等操作；而通訊層實現數據或控製命令（lìng）在各係（xì）統組成（chéng）部分之間的傳遞（dì）。

為實現加工過程自動化，依據加工工件檢測評估結果，控製計算機檢（jiǎn）測軟（ruǎn）件會根據不同數控加工係統的需求，生成相應的加工刀（dāo）具位姿和加工路徑修正G代碼，並作為另（lìng）一種檢測結果形式傳遞給機床。這種工件（jiàn）在機檢測與（yǔ）修正加工路徑相結合的一（yī）體化（huà）加工係統，進一步提高了數控加工複雜工件的效（xiào）率。

3.3 工件在機測量實（shí）現過程

測量數據融合處理是該測量係統的一個重要（yào）特（tè）點。工件測量方式的選擇需要綜合考慮很多因素，其中包括測量精（jīng）度要求、測量時間、測量（liàng）環境、待測工件的複雜程度、待測工件的表麵粗糙度和材質硬度等。文中提出的複（fù）合（hé）式測量方法根據上述具（jù）體（tǐ）情況采用（yòng）不同的測量規劃方法（fǎ）。對於測量速度要求較高、而測（cè）量精度不高的粗加工件（jiàn），通常主要由激光非接觸式測量完成。尤其是對於蠟模和材質相（xiàng）對較軟的工件，激光非接觸式測量方（fāng）法具有保護加工件不被測具破壞的優點。對於大（dà）部分精（jīng）密合金工件，其（qí）局部尺寸特征會（huì）影響到整個工件的工作（zuò）性能，這些關鍵型麵由測頭（tóu）探針進行接觸式（shì）重複測（cè）量，保證加工精度。這樣，激（jī）光測量結果經過信（xìn）息濾波（bō）和平滑處（chù）理後，其邊（biān）緣特征、局部遮擋特（tè）征和關（guān）鍵型（xíng）麵特征（zhēng）都可以由探針測量數據進行補償和校正。工件（jiàn）在機測量實現過程。

數控加工（gōng）工件在機測量係統按測量要求自動生成測量控製指令，並由控製（zhì）計算機通過串（chuàn）行通訊方式傳遞給機（jī）床數控加工係統。一條測量控製指令的生成過程需要滿足係統規則，首先測量係統驅動加（jiā）工主（zhǔ）軸在刀庫中選擇複合式測頭（tóu），並在控製計算機與（yǔ）測頭間建立（lì）無線通訊連接；測量係統參數精確標定和激光自動掃描路徑規劃G代碼傳遞；機床驅動（dòng）主軸，對工件進行非接（jiē）觸式激光測量；手動進行探針接觸式測（cè）量點選取，生成接觸式（shì）測量路徑（jìng）和G代碼傳遞；機床驅動主軸，對工件進行接觸式探針測量；最終進行工件（jiàn）測量信息完整性確認，對不滿足測量要求的（de）區（qū）域進行測量方式調整和補（bǔ）測或重測。

4 工件測量三維模型重構實（shí）驗結果

為實（shí）施文中提出的在機工件測（cè）量方案，基於FUNAC 0i數控係統和VMC0851型（xíng）號數控加工中心平台，加工製作（zuò）了新型複合式在（zài）機測頭，並完成了典型（xíng）具有（yǒu）孔、麵和階梯塊基本特征工件的在機測量（liàng）。控製計算機通過無線網絡接受來自測頭的測量信息，並實現了（le）數據預（yù）處理及工件（jiàn）三維模型重構，模型重構結果與工件設計加工CAD標準型麵尺寸做誤差比較分析後，生成加工誤（wù）差報告。

5 結論

本文研究了一種用於（yú）數控加工機（jī）床的工件（jiàn）在機檢測技（jì）術問題。本文的主要貢獻在於（yú）：提出（chū）了一種新型的工（gōng）件表麵尺寸在機（jī）測量方法，將檢測技術融於數控加工（gōng）的過程之中，采用在機測量的方式，及時發（fā）現工件（jiàn）加工過程型麵尺寸缺陷（xiàn），並反饋（kuì）給數（shù）控（kòng）加工係統。該係統能及時修正加工過程誤差和隨機誤差，以（yǐ）改變機床的運動（dòng）參數，更好地保證加（jiā）工質量，促進加工與測量一體化發展。研究不同特征型麵的複合式測量運動路徑規劃合理（lǐ）性是下一步工作的重點。